基因工程的應(yīng)用和前景.ppt

1、第十二章 基因工程的應(yīng)用和前景,第一節(jié) 人類基因組計劃 第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 第三節(jié) 在工農(nóng)牧漁業(yè)方面的應(yīng) 第四節(jié) 基因工程與環(huán)境保護 第五節(jié) 基礎(chǔ)理論研究 第六節(jié) 倫理學(xué)問題,提出：美國科學(xué)家于1985年率先提出、于1990年正式啟動的，計劃用15年、耗資30億美元。后來，美、英、日、法、德、中六國共同參與. 我國1999年9月加入，負(fù)責(zé)人類3號染色體短臂上的一個約30MB區(qū)域的測序任務(wù)，該區(qū)域占整個人類基因組的1%。中國是第6個參與國 概念：測定人類基因組約30億個堿基對的排序，進而破譯全部基因的遺傳信息。人類基因組由大約30億鹼基對組成,分布在細(xì)胞的23對染色體中,大約含有4萬左右個

2、作為生命活動基本單位的編碼基因,第一節(jié) 人類基因組計劃（HGP,人類基因組精確測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息 繪制四張圖譜（遺傳圖、物理圖、序列圖、轉(zhuǎn)錄圖）遺傳圖根據(jù)基因交換的發(fā)生頻率來判定基因與其他標(biāo)記的相應(yīng)位置；物理圖譜則根據(jù)在染色體上起著某種標(biāo)記作用的已知核苷酸序列的出現(xiàn)為基因定位,HGP的主要內(nèi)容,第一節(jié) 人類基因組計劃,第一節(jié) 人類基因組計劃,指基因或DNA標(biāo)記在染色體上的相對位置與遺傳距離 cM（基因或DAN片段在染色體交換過程中分離的頻率,遺傳圖（連鎖圖,第一節(jié) 人類基因組計劃,以已知核苷酸序列的DNA片段（序列標(biāo)簽位點，Sequence T

3、agged Site,STS）為“路標(biāo)”，以堿基對作為基本測量單位（圖距）的基因組圖,物理圖,第一節(jié) 人類基因組計劃,以EST（Expressed Sequence Tag，表達序列標(biāo)簽）為標(biāo)記，根據(jù)轉(zhuǎn)錄順序的位置和距離繪制的圖譜,EST：通過從cDNA文庫中隨機挑選的克隆進行測序所獲得的部分cDNA的5或3端序列稱為表達序列標(biāo)簽（EST），一般長300-500bp左右,轉(zhuǎn)錄圖,第一節(jié) 人類基因組計劃,序列圖是指整個人類基因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。1m 既包括可轉(zhuǎn)錄序列，也包括非轉(zhuǎn)錄序列，是轉(zhuǎn)錄序列、調(diào)節(jié)序列和功能未知序列的總和,序列圖（分子水平的物理圖,第一節(jié) 人類基因組計劃,

4、基因組計劃的意義,對于進一步研究基因表達的調(diào)控機制、細(xì)胞的生長、分化和個體發(fā)育的機制，以及生物的進化等也具有劃時代的意義。 推動生物高新技術(shù)的發(fā)展，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益 在人類健康領(lǐng)域，將有助于對各種遺傳疾病的診斷、治療和預(yù)防具有劃時代的意義 發(fā)現(xiàn)新的致病基因 發(fā)展一些復(fù)雜疾病的早期基因診斷方法，如“腫瘤基因組解剖計劃” 通過基因治療解決傳統(tǒng)方法無法解決的疑難雜癥 疾病易感基因的識別及對風(fēng)險人群進行生活方式、環(huán)境因子的干預(yù) 人類基因組多樣性與個體化醫(yī)學(xué),第一節(jié) 人類基因組計劃,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因診斷 基因治療 基因工程藥物,基因診斷的概念： 利用分子生物學(xué)的技術(shù)和原理，利用核酸分子

5、雜交、多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR) 等技術(shù)來檢測標(biāo)本上基因存在的缺陷或表達異常等遺傳信息，和由病毒、細(xì)菌或寄生蟲等病原微生物感染而引起的疾病對人體狀態(tài)和某些遺傳性疾病作出診斷的方法,I. 基因診斷,基因診斷方法主要用于診斷下列兩種類型疾?。?1、人體自身基因的突變 基因結(jié)構(gòu)的異常 基因表達的異常 2、外來生物的入侵,如：運用基因工程設(shè)計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準(zhǔn)確而且迅速,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基本過程： 分離、擴增待測的DNA片斷 區(qū)分或鑒定DNA的異常,能正確擴增靶基因 能準(zhǔn)確區(qū)分單個堿基的差別 無干擾或較少，不影響DNA的鑒定 便于完全自動化操作，適合大

6、面積、大人群普查,標(biāo)準(zhǔn),第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,核酸分子雜交 聚合酶鏈反應(yīng)（PCR） 單鏈構(gòu)象多態(tài)性檢測 限制酶酶譜分析 DNA序列測定 DNA芯片技術(shù),基因診斷常用分子生物學(xué)技術(shù),珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細(xì)胞貧血癥 苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥 白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,PCR-ASO DNA芯片技術(shù) 限制性片斷長度多態(tài)性分析法,基因診斷基本方法介紹,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,PCR-ASO探針法 聚合酶鏈反應(yīng) 等位基因特異性寡核苷酸 Allele Specific Oligonucleotide （ASO,基本原理,首先對野

7、生型基因和突變型基因的特定片段分別進行PCR 然后在高特異性條件下，用人工合成的一對等位基因特異性寡核苷酸探針對PCR擴增產(chǎn)物進行雜交 其中一個探針能與突變基因特異性互補結(jié)合，而另一探針能與正?；蛱禺愋越Y(jié)合，以此來確定突變基因,正?；颍?GGTACGATGCGGTTAACGCG CCATGCTACGCCAATTGCGC 突變基因： GGTACGATGTGGTTAACGCGCCATGCTACACCAATTGCGC,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,多態(tài)性分析,多態(tài)性（Polymorphism）：同種生物不同個體基因組或等位基因之間的DNA堿基序列平均每幾百個會出現(xiàn)一定的變異（Variation），并

8、按孟德爾遺傳規(guī)律由親代傳給子代，從而在不同個體間表現(xiàn)出差異，稱之為多態(tài)性 第一代多態(tài)性標(biāo)記：限制性片段長度多態(tài)性（RFLP，Restriction Fragment Length Polymorphism） 第二代多態(tài)性標(biāo)記：短的串聯(lián)重復(fù)序列：如小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA，其多態(tài)性來自重復(fù)序列拷貝數(shù)的變化 第三代多態(tài)性標(biāo)記：單核苷酸的多態(tài)性（SNP，Single Nucleotide Polymorphism,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,DNA多態(tài)性可分為位點多態(tài)性和重復(fù)序列多態(tài)性兩種,1. 限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）分析 DNA分子中某些堿基的變異（即位點多態(tài)性）可使某種限制性內(nèi)切酶的切

9、點消失或出現(xiàn)新的切點，故用同種限制性內(nèi)切酶消化不同個體DNA時，會產(chǎn)生各不相同的限制性片段類型，稱為限制性片段長度多態(tài)性。限制酶酶切位點的改變造成的RFLP可分為兩種情況： 限制酶識別位點發(fā)生單個堿基置換，導(dǎo)致酶切位點消失或獲得，此稱為點多態(tài)性。這種態(tài)性只有兩個等位片斷，即多態(tài)位點的有或無 限制酶識別位點之間的DNA序列缺失、插入或重組，限制酶識別序列不發(fā)生變化，但它在基因組中的位置發(fā)生了變化。這種多態(tài)性可以有兩個或兩個以上的等位片斷 2. DNA重復(fù)序列多態(tài)性分析,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,1）限制酶酶切圖譜直接分析法 限制酶酶切Southern印跡雜交 PCR限制酶酶切 （2）RFLP間接

10、分析法（RFLP連鎖分析法） 如:甲型血友病 疾病種類：X染色體連鎖性遺傳病 缺陷基因：凝血因子基因 主要臨床表現(xiàn)：出血性疾病,RFLP分析法,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,腫瘤的基因診斷,一). 腫瘤基因診斷的策略 檢測腫瘤相關(guān)基因 檢測腫相關(guān)病毒的基因 檢測腫瘤標(biāo)志物基因或 mRNA,2.抑癌基因p53的檢測 1) 常見突變類型：點突變，有少量插入或缺失 2) 常檢測方法 （1）PCR-SSCP （2）PCR結(jié)合序列分析 （3）PCR-RFLP,二). 腫瘤相關(guān)基因的檢測 1.ras癌基因的檢測 1) 常見突變類型：點突變 2) 常用檢測方法 （1）PCR-ASO （2）PCR-SSCP,第二

11、節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,II. 基因治療 （Gene Therapy,基因治療簡介 基因治療研究主要內(nèi)容 基因轉(zhuǎn)移方法 基因轉(zhuǎn)移的靶細(xì)胞 腫瘤的基因治療研究策略 分子遺傳病的基因治療,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因治療簡介,基因治療概念: 治療分子疾病最有效的手段之一 將人的正?；蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導(dǎo)入人體有功能缺陷的靶細(xì)胞以糾正、補償其基因缺陷或關(guān)閉、抑制異常表達基因來發(fā)揮治療作用，從而達到治療疾病目的的生物醫(yī)學(xué)新技術(shù) 原理: 基因置換 基因修正 基因修飾 產(chǎn)物補償缺陷細(xì)胞 基因失活 反義技術(shù)封閉基因，抑制有害基因,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因治療包括,體細(xì)胞基因治療 （Somat

12、ic Cell Gene Therapy） 性細(xì)胞基因治療 （Germ Line Gene Therapy） 由于倫理學(xué)和技術(shù)上所遇到的困難，目前進行的基因治療主要是指體細(xì)胞基因治療,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因治療的范圍,遺傳性病變，即遺傳物質(zhì)缺陷所致疾病，通過基因治療可以修正、補充、或取消致病基因（如血友病、囊性纖維病、家庭性高膽固醇血癥等） 腫瘤性疾病，腫瘤細(xì)胞常常會有多種基因的改變，因此，目前將一些涉及腫瘤的主要基因進行基因治療，如 P53抑癌基因， ras癌基因等等 多基因遺傳性疾病，如糖尿病、高血壓、心血管疾病(動脈硬化) 感染性疾?。ㄈ鏏IDS、類風(fēng)濕等） 基因疫苗，即導(dǎo)入一些

13、病原體基因，以刺激機體產(chǎn)生特異的免疫力，以抵抗這些病菌的侵襲,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,首例基因治療,重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細(xì)胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ADA）發(fā)生了突變 美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的BlaseRM和AndersonWF 1990.9.14 4歲女孩：遺傳性的嚴(yán)重復(fù)合免疫缺損癥，原因是她繼承了父母親的各自的一個缺陷ADA基因 (腺苷酸脫氨酶) 2-脫氧腺苷含量升高 毒性 嚴(yán)重破壞免疫功能 導(dǎo)致嚴(yán)重免疫缺陷癥(SCID) 基因治療采用體外療法。從患者身上取出免疫

14、系統(tǒng)中的淋巴細(xì)胞 (骨髓造血干細(xì)胞)，把正?；颍↙N逆轉(zhuǎn)錄病毒載體）引入白細(xì)胞，然后把這些細(xì)胞注入血液中回輸體內(nèi)，在4個月內(nèi)重復(fù)4次,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因標(biāo)記 用基因標(biāo)記驗證兩個問題 外源基因能否安全地轉(zhuǎn)移到患者體內(nèi) 從患者體內(nèi)取出的細(xì)胞能否檢測到轉(zhuǎn)移基因的存在 常用標(biāo)志基因：neu基因 基因置換或基因矯正 概念：指將特定的目的基因?qū)胩囟ǖ募?xì)胞，通過定位重組，以導(dǎo)入基因置換基因組內(nèi)的原有缺陷基因 基因置換的必要條件 對導(dǎo)入的基因及其產(chǎn)物有詳盡的了解 外來基因能有效的導(dǎo)入靶細(xì)胞； 導(dǎo)入基因能在靶細(xì)胞中長期穩(wěn)定駐留 導(dǎo)入基因能有適度表達； 基因?qū)敕椒ê洼d體對靶細(xì)胞安全無害,基因治療

15、研究主要內(nèi)容,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因添加 概念：通過導(dǎo)入外源基因是靶細(xì)胞表達其本身不表達的基因 基因添加的兩種類型 針對特定的缺陷基因?qū)肫湎鄳?yīng)正?；?向靶細(xì)胞中導(dǎo)入靶細(xì)胞中本來不表達的基因 基因干預(yù) 采取特定的方式抑制某個基因的表達，或通過破壞某個基因使之不表達,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因轉(zhuǎn)移的生物學(xué)方法 基因轉(zhuǎn)移的非生物學(xué)方法,基因轉(zhuǎn)移方法,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,逆轉(zhuǎn)錄病毒載體 逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的特點 結(jié)構(gòu)和感染過程與普通逆轉(zhuǎn)錄病毒相似 可使靶細(xì)胞變成穩(wěn)定表達目的基因的轉(zhuǎn)化細(xì)胞 感染靶細(xì)胞后不擴散 假病毒感染靶細(xì)胞的效率非常高 不感染非增殖細(xì)胞 包裝細(xì)胞 安全性問題 感染的

16、可能性 污染的可能性 在靶細(xì)胞基因組中的整合,基因轉(zhuǎn)移的生物學(xué)方法,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,特點 載體結(jié)構(gòu)簡單,能夠進行位點特異性整合 宿主范圍廣, 腺病毒蛋白表達不以宿主增殖為必要條件 可獲得高病毒效價 重組體非常穩(wěn)定 不會引起腫瘤無致病性 有較高的安全性 無包膜，不易被補體滅活，可直接在體內(nèi)應(yīng)用 不整合入染色體,腺病毒載體,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,單純皰疹病毒載體,特點 滴度高 容量大 增殖細(xì)胞和非增殖細(xì)胞均可感染 不整合，但可長期存在并可穩(wěn)定表達,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,脂質(zhì)體 直接注射法 受體介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)移技術(shù) 其他方法,基因轉(zhuǎn)移的非生物學(xué)方法,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,選擇靶細(xì)胞

17、應(yīng)考慮因素 組織特異性細(xì)胞； 易獲得、壽命長 離體細(xì)胞易受外源遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化 易成活,基因轉(zhuǎn)移的靶細(xì)胞,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,常用靶細(xì)胞 造血細(xì)胞 皮膚成纖維細(xì)胞 肝細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞 淋巴細(xì)胞 肌肉細(xì)胞 腫瘤細(xì)胞 其他細(xì)胞,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,腫瘤的發(fā)生與細(xì)胞中染色體DNA結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。隨著經(jīng)濟和環(huán)境等各種因素的影響，惡性腫瘤的發(fā)生率不斷升高，而傳統(tǒng)治療方法的治愈率低、復(fù)發(fā)率和死亡率高。隨著對腫瘤發(fā)病機制的研究，越來越多的腫瘤相關(guān)基因被克隆。因此，利用基因治療的方法對腫瘤進行治療已成為一種重要的選擇 修正腫瘤相關(guān)基因的功能 恢復(fù)抑癌基因的功能 糾正癌基因的表達 導(dǎo)入特定的基因產(chǎn)

18、生腫瘤特異的藥物敏感性 腫瘤的免疫基因治療,腫瘤的基因治療研究策略,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,修正腫瘤相關(guān)基因的功能,恢復(fù)抑癌基因的功能 腫瘤的發(fā)生和發(fā)展是一個多因素、多步驟和多基因參與的復(fù)雜過程。抑癌基因的失活與癌基因的激活是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 向患者導(dǎo)入抑癌基因、恢復(fù)人體抑制腫瘤的功能，從而達到治愈腫瘤的目的 目前已有數(shù)十個抑癌基因被發(fā)現(xiàn)和克隆，如P53、RB、WT1、NF1、DCC、MCC、APC、P16和P21等,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,糾正癌基因的表達,在惡性腫瘤的治療過程中，常常會出現(xiàn)手術(shù)后復(fù)發(fā)或腫瘤向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的情況。在20世紀(jì)90年代初，開始探索將外源基因?qū)肽[瘤細(xì)胞，試圖改變細(xì)胞

19、的致瘤性和增強免疫原性，有利于被機體T淋巴細(xì)胞識別，并激發(fā)特異性細(xì)胞毒反應(yīng)，從而消滅腫瘤細(xì)胞。 以外源基因修飾的腫瘤細(xì)胞稱為瘤苗，目前采用的外源基因多數(shù)是細(xì)胞因子基因, 也稱為基因修飾瘤苗,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,導(dǎo)入特定的基因產(chǎn)生腫瘤特異的藥物敏感性,自殺基因治療腫瘤 自殺基因是一類前體藥物酶轉(zhuǎn)化基因、藥物敏感基因或酶-前體藥物激活基因。這類基因主要存在于病毒、細(xì)菌或真菌等微生物細(xì)胞中。 自殺基因系統(tǒng)包括一種酶和一種前體藥物，通過酶活性的表達將對人體細(xì)胞無毒性的前體藥物轉(zhuǎn)化為對細(xì)胞有很高毒性的物質(zhì) 目前在基因治療中常用的自殺基因系統(tǒng)有tk-GCV系統(tǒng)、CD-5-FC系統(tǒng)等。胸苷激酶（Thy

20、midine Kinase, TK）存在于病毒、細(xì)菌和真核細(xì)胞中，它的作用底物為嘌呤核苷類似物。胞嘧啶脫氨酶（Cytosine Deaminasegene, CD）存在于許多細(xì)菌和真菌中，其作用是將胞嘧啶脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏?1992年6月，美國NHI批準(zhǔn)了首例用反轉(zhuǎn)錄病毒載體介導(dǎo)的HSV-tk-GCV自體基因系統(tǒng)治療惡性腦瘤 上海市腫瘤研究所等單位從中國皰疹病毒中分離出tk基因，對8例均屬惡性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者注射HSV-tKc/VPC進行治療，在接受基因治療的患者中，生存一年者3例，生存兩年以上者2例，而常規(guī)手術(shù)治療后生存期不超過1年,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,腫瘤的免疫基因治療,利用免疫基因

21、對腫瘤進行治療 目前免疫基因治療腫瘤的研究主要包括腫瘤的細(xì)胞因子基因治療、腫瘤的MHC基因治療、腫瘤抗原靶向的基因治療、腫瘤的共刺激分子基因治療、抗體介導(dǎo)的腫瘤免疫基因治療和綜合性腫瘤免疫基因治療等,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,分子遺傳病的基因治療,血友病的基因治療 血友病是一種遺傳性出血疾病，它是因血液中缺乏凝血因子而引起的嚴(yán)重凝血功能障礙 血友病的表現(xiàn)癥狀為自發(fā)性出血，嚴(yán)重者可能因關(guān)節(jié)出血導(dǎo)致關(guān)節(jié)變形而殘廢。 復(fù)旦大學(xué)遺傳學(xué)研究所與上海市長海醫(yī)院等合作于1991年將兩例血友病B患者進行了世界上首次血友病B基因治療的臨床特殊試驗。至今已有4位血友病患者接受了基因治療，經(jīng)過8年多的觀察，證明這一

22、技術(shù)路線是可行的,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,地中海貧血的基因治療,地中海貧血是由于珠蛋白與珠蛋白基因表達失調(diào)而引起的遺傳性溶血疾病，其中以地中海貧血病的危害較為嚴(yán)重。 Cole-Strauss等（1996）用嵌合寡核苷酸定點糾正了鐮狀細(xì)胞貧血癥患者淋巴細(xì)胞系的珠蛋白基因的點突變。 Li等（2000）用多種人源細(xì)胞系為模型，探討RNA/DNA寡核苷酸對基因組中與HPFH相關(guān)的位點的突變作用，發(fā)現(xiàn)嵌合體修復(fù)可使G和A基因的調(diào)控序列發(fā)生突變，通過有限稀釋篩選到靶位點已成功突變的克隆,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,心血管病的基因治療,心腦血管疾病包括單基因遺傳病和多基因心血管病兩大類，它是危害人類生命健康

23、最嚴(yán)重的疾病之一，其發(fā)病率和病死率均為各類疾病之首。 1993年，Wilson等應(yīng)用低密度脂蛋白受體蛋白基因（LDL-R）治療家族性高膽固醇血癥取得成功。 目前，基因治療心腦血管病已從治療單基因疾病發(fā)展到治療多基因疾病,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,愛滋病的基因治療,愛滋病又稱獲得性免疫缺陷綜合征（Acquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS），它是由人類免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus, HIV）感染而引起的。 HIV的基因治療是利用物理或化學(xué)的方法，將目的基因?qū)霗C體適當(dāng)?shù)陌屑?xì)胞內(nèi)，間接或直接抑制病毒的復(fù)制，或提高機體對

24、愛滋病病毒的免疫能力,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因工程藥類,利用基因工程方法制造“工程菌”:微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),如果把高等動物的某些基因?qū)牍こ叹?，再通過微生物培育，就可以快速、經(jīng)濟、高效率生產(chǎn)出各種高質(zhì)高量、成本低、極有價值的藥品 轉(zhuǎn)基因動物的乳腺 乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng) 從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性 從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,1/31/2021,45,許多藥品的生產(chǎn)是從生物組

25、織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴 微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本 基因工程藥物：人胰島素；胸腺素；干擾素； 白介素；表皮生長因子； 腫瘤壞死因子,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因工程藥品,基因工程激素類藥物 基因工程細(xì)胞因子類藥物 其它基因工程藥物 基因工程藥物生產(chǎn)的基本過程,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因工程激素類藥物,激素是一類由生物體內(nèi)分泌腺或特異性細(xì)胞產(chǎn)生的微量有機化合物，通過體液或細(xì)胞外液運送到特定的作用部位，能引起特殊的生理效應(yīng) 根據(jù)激

26、素的化學(xué)性質(zhì)可分為多肽蛋白類激素、甾醇類激素和脂肪酸類激素 基因工程類激素主要指通過基因工程方法合成的蛋白多肽類激素 目前被批準(zhǔn)上市的激素類藥物有胰島素（Insulin）、人生長激素（Human Growth Hormone）、人促卵泡激素（Human Follical Stimulating Factor）等,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因工程細(xì)胞因子類藥物,細(xì)胞因子是由細(xì)胞分泌的能調(diào)節(jié)生物有機體生理功能，參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡的小分子多肽類物質(zhì) 1957年發(fā)現(xiàn)第一種細(xì)胞因子-干擾素。目前已有數(shù)百種細(xì)胞因子被發(fā)現(xiàn)，其中有數(shù)十種細(xì)胞因子通過基因工程技術(shù)獲得表達并用于醫(yī)學(xué)臨床試驗。被批準(zhǔn)上市

27、的細(xì)胞因子產(chǎn)品也有十多種 根據(jù)細(xì)胞因子的功能可分為干擾素（IFN）、集落刺激因子（Colony Stimulating Factor, CSF）、白細(xì)胞介素（Interleukin,IL）、腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor, TNF）、趣化因子（Chemokine）和生長因子（GF）等,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,其它基因工程藥物,人造血液、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用,人造血液及其生產(chǎn),第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,基因工程藥物的生產(chǎn)分為上游和下游兩個階段： 上游階段：主要是分離目的基因、構(gòu)建工程菌(細(xì)胞)。目

28、的基因獲得后，最主要的就是目的基因的表達。選擇基因表達系統(tǒng)主要考慮的是保證表達的蛋白質(zhì)的功能，其次是表達的量和分離純化的難易。 此階段的工作主要在實驗室內(nèi)完成 下游階段：從工程菌的大量培養(yǎng)一直到產(chǎn)品的分離純化和質(zhì)量控制。此階段是將實驗室的成果產(chǎn)業(yè)化、商品化，主要包括工程菌大規(guī)模發(fā)酵最佳參數(shù)的確立，新型生物反應(yīng)器的研制，高效分離介質(zhì)及裝置的開發(fā)，分離純化的優(yōu)化控制，高純度產(chǎn)品的制備技術(shù)，生物傳感器等一系列儀器儀表的設(shè)計和制造，電子計算機的優(yōu)化控制等,基因工程藥物生產(chǎn)的基本過程,第二節(jié) 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用,第三節(jié) 在工農(nóng)牧漁業(yè)方面的應(yīng)用,工業(yè)：應(yīng)用基因工程技術(shù)創(chuàng)造多功能超級工程菌，如可利用工農(nóng)業(yè)廢棄

29、物生產(chǎn)乙醇的工程菌。1982年，日本開發(fā)出用生物技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)脂肪酸的新工藝，用經(jīng)過加工的脂肪酶，在常溫、常壓下就可以將脂肪分解成脂肪酸和甘油，不僅減少了能耗和污染還使生產(chǎn)成本降低了一半,農(nóng)業(yè)：通過基因工程手段將其他生物決定優(yōu)良性狀的遺傳物質(zhì)定向引入農(nóng)作物中從而培育具高光效、營養(yǎng)豐富、耐儲藏、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)?、抗除草劑的新品種。如: 加入快速生長基因后，可以生長的更快、更大 混合不同作物的基因后，可以產(chǎn)生風(fēng)味多變的新品種 加入耐寒、耐熱、耐旱和抵抗作物的疾病基因后，可以在更惡劣的環(huán)境中生長 轉(zhuǎn)基因動植物: 含維生素 A的大米 含有矮牽牛的抗除草劑基因的大豆 抗蟲害 促進生長和產(chǎn)量

30、的玉米 番茄 馬鈴薯 牛 - 牛肉 牛乳(以生長激素處理,第三節(jié) 在工農(nóng)牧漁業(yè)方面的應(yīng)用,第四節(jié) 環(huán)境保護,環(huán)境監(jiān)測 環(huán)境污染治理,1/31/2021,54,基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染,環(huán)境監(jiān)測,第四節(jié) 環(huán)境保護,55,基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì),通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。做法是將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細(xì)菌”。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解土壤中DDT等毒害物質(zhì)

31、,環(huán)境污染治理,第四節(jié) 環(huán)境保護,在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，將促進人們對關(guān)于基因的結(jié)構(gòu)、基因表達的調(diào)控、細(xì)胞生長和分化等一系列重大問題的深入認(rèn)識,第五節(jié) 基礎(chǔ)理論研究,運用基因操作技術(shù)，人類已經(jīng)可以根據(jù)自己的意愿，將動物、植物、微生物的基因經(jīng)過重組后引入各種生物，從而創(chuàng)造出很多自然界中原本并不存在的生物。這些重組物的出現(xiàn)，引起了人們的憂慮：如試管嬰兒,第六節(jié) 基因操作的倫理學(xué)和社會問題,基因操作會打亂生態(tài)系統(tǒng)的自然演化,因為基因重組，生物物種間的界限被打破了，這將打亂自然進化的歷程，改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這對人類來說是禍還是福？具有新性狀的轉(zhuǎn)基因生物如大量釋放到大自然，它們可能會影響到生態(tài)系統(tǒng)中能量的

32、流動和物質(zhì)循環(huán)。從而也許會帶來生態(tài)災(zāi)難,六. 倫理學(xué)和社會問題,第六節(jié) 基因操作倫理學(xué)和社會問題,有人對基因工程的產(chǎn)品存在戒心，擔(dān)心這些產(chǎn)品可能會給人類身體健康帶來損害，盡管與此相關(guān)的證據(jù)并不充分。人類使用轉(zhuǎn)基因藥物和食品是否會影響到身體的健康，這一點目前雖然還沒有確鑿證據(jù)，但將外源基因轉(zhuǎn)入家禽、糧食作物等時，仍然應(yīng)持極為慎重的態(tài)度 在生物物種的食物鏈上，人類處于終端的位置，也就是說，人類是以植物和動物為食物而維持生命的。當(dāng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于植物和動物的基因改造，改變原來這些生物物種的性狀和品質(zhì)時，就不可避免地給人類帶來有關(guān)食品安全的問題,人們對基因產(chǎn)品心存顧慮,第六節(jié) 基因操作倫理學(xué)和社會問題,人類基因組計劃可能會威脅到個人隱私,第六節(jié) 基因操作倫理學(xué)和社會問題,a. 長期食用基因工程生產(chǎn)的食品是否會改變?nèi)说倪z傳物質(zhì),第六節(jié) 基因操作倫理學(xué)